【从浅学到熟知Linux】信号机制下篇=＞信号集操作函数，信号捕捉，可重入函数、volatile关键字（含sigprocmask/sigpending、sigaction等详谈）

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信号的内核表示与信号阻塞

信号的相关概念

●信号递达：实际执行信号的处理动作。
●信号未决：信号从产生到递达之间的状态。

★ps：进程可以选择阻塞某个信号，被阻塞的信号产生时将保持在未决状态，直到进行解除对信号的阻塞，才会执行递达的动作。

★ps：阻塞和忽略是不同的，只要信号被阻塞就不会递达，而忽略是在递达时可选的一种处理动作。

信号在内核中的表示

系统中的信号是发送给进程的，对于进程而言，信号是给进程的PCB发的，PCB使用位图结构记录收到的信号，这样进程执行时就知道自己收到什么信号了。

信号为什么要保存呢？进程收到信号之后，可能不会立即处理。这个信号从产生到递达之间的时间窗口内，进程需要记录该信号已经产生了，等到处理的时候才能知道哪些信号已经发生了。

1. 比特位的内容为1或0，表示是否收到某个信号
2. 比特位的位置（第几个），表示信号的编号c
3. 所谓的“发信号”，本质就是操作系统去修改task_struct的信号位图的对应比特位，发送信号其实就是写信号。

操作系统是进程的管理者，只有它才有资格去修改task_struct内部的属性，即操作系统需要提供相应的系统调用以实现信号的发送、阻塞等功能。

task_struct中针对信号，包含了2张位图和1张函数指针表，分别是block位图、pending位图、handler处理函数指针表↓↓↓

block位图记录某个信号是否被阻塞，如果某个信号对应的比特为1表示该信号被阻塞，为0表示没有阻塞；对于被阻塞的信号，即使该信号产生了，进程也不会对该信号做任何处理。

pending位图记录是否收到某个信号，如果收到某个信号，则会将对应的比特位置1；处理完某个信号后，会将对应的比特位置0。由于每个比特位只能表示信号的有无，若在信号产生到信号递达的时间窗口内，重复收到多个同样的信号，最终也只会递达一次。

handler函数指针数组用于记录对各个信号的处理方式。如果设置为SIG_DFL表示执行系统默认处理函数，设置为SIG_IGN表示忽略该信号；设置为用户空间的某个函数时，待信号递达时，则会从内核态切换回用户态以执行该部分代码。

对于每个信号都有两种标志位分别表示是否阻塞和是否已经处理，还有一个函数指针表示处理动作。信号产生时，内核在进程控制块中设置该信号的pending表对应比特位为未决状态，即比特位置1，直到信号递达才清除该标志，即将对应比特位置0。

对于上图，penging表记录了当前进程收到了2号到6号信号，而1号信号并没有收到。block表记录了，当前进程对3号和5号信号进行了阻塞。

对于2号信号，penging表记录了该信号已经产生，block表记录了该信号没有被阻塞，故进程会执行该信号对应的handler函数指针数组中的操作，即系统的默认操作。

对于4号信号，pending表记录了该信号已经发送，block表记录了该信号没有被阻塞，故该进程会执行对应的操作，即对该信号进行忽略。

对于6号信号，pending表记录了该信号已经发生，block表记录了该信号没有被阻塞，故该进程会执行对应的操作，即指定用户指定的SigHandler函数，此时会发生内核态到用户态的转换。

5号SIGSTAP信号产生过，但正在被阻塞，暂时不能递达。虽然它的默认处理动作是忽略，但是没有解除阻塞之前，不能忽略这个信号，因为进程仍有机会改变处理动作之后再解除阻塞。

3号SIGQUIT信号产生过，一旦解除对该信号的屏蔽，则它就会被递达，因为它的pending表对应比特位尚未被置0。一旦解除对该信号的屏蔽，则会执行SIG_DFL默认动作。

★ps：如果在进程解除对某信号的阻塞之前，这个信号产生过多次，将如何处理呢？POSIX.1允许系统递送该信号一次或多次，Linux是这样实现的：常规信号在递达之前产生多次只记录一次，而实时信号在递达之前产生多次可以依次放在队列里，这里对实时信号不做讨论。

信号集操作函数

从上面的讨论可知，对于阻塞信号集和pending信号集来说，都可以使用同一种类型来实现，只要能够标识某个信号是否被阻塞（或者是否已经发生）即可。故系统提供了一种统一的类型sigset_t来处理这两个位图结构。但为了保证该类型的易用性、可移植性等问题，故用户不能直接操作，而需要使用系统提供的接口。且若是sigset_t指针，指向PCB结构的sigset_t字段时，则不能直接对该结构进行位操作，因为只有操作系统有权限修改PCB的属性信息。↓↓↓

★ps：阻塞信号集（block位图）也就做当前进程的信号屏蔽字，这里的“屏蔽”应该理解为阻塞，而不是忽略。

上图各个系统调用接口的用法如下表所示↓↓↓

系统调用接口	用途
sigemptyset	将传入的set位图的各个位清零
sigfillset	将传入的set位图的各个位置1
sigaddset	将signum信号在set中对应的比特位置1
sigdelset	将signum信号在set中对应的比特位置0
sigismember	查看signum对应的比特位在set中是否为1，为1则返回1，否则返回0

除了sigismember外，其他的调用接口成功返回0，失败返回-1。

注意，在使用sigset_t类型的变量之前，一定要调用sigemptyset或sigfillset做初始化，使信号集处于确定的状态。初始化sigset_t变量之后，可以调用sigaddset和sigdelset在该信号集中添加或删除某种信号。

★ps：使用时不应该对sigset_t的内部数据做任何解释，比如用printf直接打印sigset_t变量是没有意义的。

上述接口只是对sigset_t这个位图结构做操作，并未对block和pending位图直接做操作，下面介绍关于这两个位图的系统调用函数↓↓↓

sigprocmask

调用函数sigprocmask可以读取或修改进程的信号屏蔽字（阻塞信号集）。关于上述各个参数的设置，即how的可选数值如下标所示↓↓↓

how取值	用法及含义
SIG_BLOCK	set包含我们希望添加到当前信号屏蔽字中的信号，相当于mask=mask|set
SIG_UNBLOCK	set包含我们希望从当前信号屏蔽字中解除阻塞的信号，相当于mask=mask&~set
SIG_SETMASK	设置当前信号屏蔽字为set所指向的值，相当于mask=set

第三个参数，在用户传入非空的sigset_t类型的变量时，则会返回执行当前sigprocmask之前的进程信号屏蔽字。

★ps：如果调用sigprocmask解除了对当前若干个未决信号的阻塞，则在sigprocmask返回之前，至少将其中一个信号递达（如果收到解除屏蔽的信号的前提下）。

下面代码演示了如何获取当前进程的信号屏蔽字↓↓↓

#include <stdio.h>
#include <signal.h>

int main()
{
   
	sigset_t set;
	sigprocmask(SIG_BLOCK, NULL, &set);
	int i = 1;
	for(; i < NSIG; i++)
	{
   
		if(sigismember(&set, i))
		{
   
			printf("1");
		}
		else
		{
   
			printf("0");
		}
	}
	printf("\n");
	return 0;
}

★ps：NSIG的取值是最大的信号数+1。

下面代码演示使用sigprocmask设置1号到8号信号的信号屏蔽，后解除1到5号信号的信号屏蔽，最终将信号屏蔽字改为仅屏蔽11到15号信号↓↓↓

#include <stdio.h>
#include <signal.h>

void PrintSig(sigset_t set)
{
   
	int i = 1;
	for(;i < NSIG; i++)
	{
   
		if(sigismember(&set, i)) printf("1");
		else printf("0");
	}
	printf("\n");
}

int main()
{
   
	sigset_t set;
	sigemptyset(&set);
	int i = 1;
	for(; i <= 8; i++)
	{
   
		sigaddset(&set, i);
	}
	sigset_t oldset;
	sigprocmask(SIG_BLOCK, &set, &oldset);
	printf("初始的信号屏蔽字：");
	PrintSig(oldset);

	sigemptyset(&set);
	i = 1;
	for(; i <= 5; i++)
	{
   
		sigaddset(&set, i);
	}
	sigprocmask(SIG_UNBLOCK, &set, &oldset);
	printf("屏蔽1到8号信号屏蔽字：")